[00069989]中学智能实验的设备、工具和系统

该成果是济南大学人机交互团队参与国家重点研发计划项目之部分最新研究成果之一， 已经形成专利群，具有独立的自主知识产权。

现有中学实验教模式存在的基本问题是：部分实验的用品具有极高危险性，倘若操作不当则可能给学生安全带来安全隐患；许多实验现象在际操作过程中难以观察；部分学生在进行实验时往往会忽略的操作要点，存在不规范的操作行为； 部分实验的化学药品非常昂贵； 教师进行实验过程指导的工作负荷非常重；往往难以突破培养学生的动手能力和真实感体验方面瓶颈。

为此，本成果面向国家教学资源严重不平衡、尤其是我国边远山区教学和实验条件严重匮乏的重大战略需求；以协同智能实验或智能教学的交互应用为主要研究背景，凝练出关键科学问题，凸显本项目的研究在我国在中学实验和课堂教学模式领域的重大研究任务和国家重大战略需求中的高端链价值；所构建的人机意图理解模型与算法将为“人机协作型”、“人工智能教学型”等新型智慧教学理念和未来智能化教学模式提供实验验证平台，为计算机有效、高效地协同、引导、启发学生进行知识发现和规律探究提供支撑针对现有中学实验课程中探究性弱、自主性差、精准性低、实验成本高等难题，结合人工智能与自然交互技术， 构建面向中学化学实验的智能实验设备与交互套件、交互基础件以及新型的交互实验模态。“懂你”系列多模态虚实融合智能实验设备研发成果包括：智能胶头滴管， 智能试管，

交互手套，智能显微镜，智能分液漏斗，智能酒精灯，智能实验工具包(镊子、切刀、钥匙等)。利用本成果的核心技术，目前已经实现以下典型中学实验：浓硫酸稀释实验，钠与水反应实验，显微镜实验，硅酸胶体制备实验，氯气制备实验等。

技术特点

独特的硬件结构；底层核心驱动模块；AI（人工智能）与HCI（人机交互）的融合算法模块；实现“三个一致性”（交互模型与心理模型的一致性、手眼一致性、“虚实”一致性）；支持多种智能交互协同实验模式；无人值守（无需教师指导，系统会全程自动引导学生进行实验）；行为监控与危险警告；试错实验；整个实验过程全程自动智能导航。

 以“人机协作”方式协助学生完成复杂实验，视觉、听觉、触觉自然操作，实验过程、操作方法与传统实验一样，实验系统“会讲话”、“会听话”、“会识人”、“会思考”，软硬件一体化，对使用条件没有特殊要求，使用本项目提供的套件在普通PC机上即可进行实验，安全， 绿色，全天候，高智能，低成本。

生产条件及市场预测

2019年，教育部印发《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》明确指出：2023年前要将实验操作纳入初中学业水平考试，提倡应用VR、AR技术。意见指出，对于有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现。在实验教学中要遵循学科特点，积极推动学生开展研究型、任务型、项目化、问题式、合作式学习。意见还特别强调

研发新型实验设备的紧迫性，要求各地各校积极开展教学仪器设备适用性评价和研究，推动完善教学仪器设备配备。

一方面，现有实验系统无法解决我国28万家中学面临的优质实验教学资源短缺等产业痛点问题。另一方面，采用“虚”“实”融合技术构建中学化学实验系统，尤其是以“意图理解”等AI（人工智能）算法为核心的智能主动导航实验模式，尚不多见，产业市场上几乎是空白， 为我国教育产业的新旧动能转换提供新平台、新设备、新业态。